探究滑轮组机械效率的影响因素

摘 要：在实际生活之中，提升滑轮的机械效率是很重要的，如果滑轮组机械效率低下，那么，它将不会被投入生产，并且会计算滑轮组的机械效率也很重要，其实掌握滑轮组机械效率的定义式是非常重要的，定义式是机械效率的基础，它是一个点，所有的一切有关机械效率的题目都是由这个点延伸出来的，由此，我们设计了以下实验来探究哪些因素会影响滑轮组的机械效率.

关键词：滑轮组;机械效率;影响因素

中图分类号：G632      文献标识码：A      文章编号：1008-0333（2021）32-0070-02

收稿日期：2021-08-15

作者简介：王雷（1984.3-），男，江苏省徐州人，本科，中小学一级教师，从事初中物理教学研究.

一、设计测定滑轮组机械效率的相关实验

例1 如图1所示，这是由小明和小兰两位同学为了测定出哪些会影响滑轮组的机械效率而设计出来的滑轮组装配，他们两个以小组为单位与老师、其他小组的同学们一起交流他们的实验结果，这时，老师提出了一个问题：倘若每个小组都不改变绳子的缠绕方式，保持原本的滑轮，其他因素全部改变，那么这时滑轮组的机械效率是否会产生变化呢？如果会，那么又会产生怎样的变化呢？

根据上面老师提出的问题，大家都积极思考，改变实验因素，积极探索，并且提出了自己的猜想：

猜想1：是匀速提升的速度影響了滑轮组的机械效率;

猜想2：是被提升的钩码重力影响了滑轮组的机械效率;

猜想3：是匀速提升的速度大小和被提升的钩码重力大小共同影响了滑轮组的机械效率;

猜想4：是钩码被提升的高度影响了滑轮组的机械效率.

小明和小兰两个同学分别根据自己的想法做出了实验，改变自己认为可能的影响因素，努力去证实各自的猜想，他们做出的实验记录如下图所示：

根据提供的实验数据，请回答以下问题：

（1）表中的数据不全，请帮助小明同学完成表格之中的一项计算;

（2）根据图中的实验记录结果，请同学们分别写出哪些因素会影响滑轮组的机械效率;

（3）根据小明和小兰的探究结果，请你归纳一下，并得出影响滑轮组机械效率因素的结论.

解析 本题考察的知识点是影响滑轮组机械效率的因素，根据上面的不完整的实验记录表格，同学们需要运用到机械效率的计算公式，一般地，要知道某个物理量的影响因素，我们可以从这个物理量的定义式或者计算式出发，在这里，我们还需要用到一个物理实验方法：控制变量法，即控制其他变量不变，只改变其中一个变量来观察它对这个物理量是否影响.在定义式中，控制其他变量，只改变你所需的变量，这样就可以达到目的了，从而得出结论.

本题的运算过程是比较简单的：

有η=W有W总=15N×h6N×3h=83.3%

从小明的实验记录来看，我们可以知道，当匀速提升的速度相同时，钩码的重力越大，滑轮组的机械效率也越大;而从小兰的实验记录之中我们可以看出，当钩码的重力相同时，无论怎么改变钩码被提升的速度，滑轮组的机械效率都不发生改变，即滑轮组的机械效率在钩码重力相同之时，与钩码被提升的速度是毫无关联的.

点评 该题目考查了同学们对影响滑轮组机械效率因素的知识点的熟识程度，从这道题目出发，小明和小兰两个人的实验记录数据只探究了滑轮组机械效率与钩码的重力以及钩码被提升的高度还有钩码被匀速提升的速度大小，因此，也只能得出三个因素的结论，其实，根据我们所学的知识可以知道，影响滑轮组机械效率的因素还可以是动滑轮的重力大小、绳子的自重以及滑轮和绳子之间的摩擦力大小.

二、计算滑轮组机械效率的相关试题

滑轮组机械效率的计算题型常常发生变化，最典型的一个类型是碰见滑轮组需要提升的重物的重力大小发生改变，那么，这种题型又该如何解答呢？请仔细阅读以下例题及其解析.

例2 工人们为了将货物提升一定高度，设计了一个滑轮组，它由一个动滑轮和一个定滑轮组成，现已知该货物的重力为400N，并且货物经过10s的时间从地面上被匀速提升到了高为4m处的地方，而此时工人们只提供了250N的拉力，试问：

（1）工人们在此过程中做功的功率为多少？

（2）倘若将此货物换为重为800N的货物，将其在相同时间内匀速提升相同高度，工人们需要提供多大的拉力？

解析 因为工人们是站在地面上向下拉动绳子才将货物匀速提升起来，所以我们可以在脑子中构造出这个装置图，由这个装置图我们可以知道，吊起动滑轮的绳子有两段，则;

（1）P=Wt=250N×4m×210s=200 W

（2）η=W有W总=400N×4m250N×8m=80%

∵摩擦和绳子的自重可以忽略不计

又∵F=12（G+G动）

∴G动=2×250N-400N

=100N.

∴F=12×（800N+100N）

=450N.

点评 由以上解析我们可以知道，对于同一个滑轮组，动滑轮的重力是一个定值，而重物的重力却是可以改变的，重物变成了800N，所以滑轮组的机械效率也随之发生了改变，因此，我们在计算拉力时不可以再用之前的机械效率了，这是一处易错点，同学们更应该注意，在这种情况下，只可以先求出动滑轮的重力，由它再计算出拉力大小，又因为摩擦力和绳子的重力忽略不计，则动滑轮的重力为F=1n（G+G动），最后再利用公式F=1n（G+G动）求出拉力.

通过上述影响滑轮组机械效率的实验以及滑轮组机械效率的有关计算的思路分析，我们可以知道机械效率的定义式的重要性，在影响因素之中，我们可以利用定义式，控制其他变量不变，只改变其中的一个变量，即控制变量法来帮助我们确定影响因素;而在计算题中，这个定义式更是重中之重，很多变形式都是由定义式延伸出来的，因此，同学们更应该注重基础，不要一味地追求高难度，扎实基础，才能向更难更高发展.

参考文献：

[1]管余.影响滑轮组机械效率的因素[J].数理天地（初中版），2011（12）：33-34.

[2]陈正国.关于滑轮组机械效率的问题探究[J].数理化学习（初中版），2008（2）：50-51.

[责任编辑：李 璟]